4.1 焙烧、煅烧与烧结（课件）-《化学工艺学(第2版) 》同步教学（高教版）

第四章 无机化工反应单元工艺 4.1 焙烧、煅烧与烧结 4.2 浸取 4.3 复分解 1 无机化工是以天然资源为原料生产硫酸、硝酸、盐酸、磷酸等无机酸，纯碱、烧碱等无机碱，合成氨和化肥，以及无机盐等化工产品的工业。 无机化学工业包括硫酸工业、纯碱工业、氯碱工业、合成氨工业、化肥工业和无机盐工业等部门。 无机化工反应单元工艺 2 硫酸工业的主要产品有浓硫酸、发烟硫酸、液态三氧化硫、液态二氧化硫等。硫酸生产中涉及到硫铁矿的焙烧、硫黄的焚烧等固体原料加工过程、气体净化过程、二氧化硫催化氧化过程和三氧化硫吸收过程等单元工艺。 纯碱工业的主要产品是碳酸钠、碳酸氢钠与氯化铵等。纯碱生产中涉及母液吸氨过程、氨盐水碳化过程、碳酸氢钠的煅烧过程、母液冷析盐析过程等单元工艺。 无机化工反应单元工艺 3 氯碱工业的主要产品是烧碱（氢氧化钠）、氯气、盐酸等。烧碱生产中涉及到食盐水的电解、电解液蒸发浓缩、氢气和氯气合成氯化氢等单元工艺。 合成氨工业的主要产品是氨。氨生产中涉及到天然气、石脑油蒸气转化过程、渣油部分氧化过程、煤气化过程、合成氨原料气脱硫、脱碳净化过程、合成气中一氧化碳变换反应过程和氨的合成过程等。 无机化工反应单元工艺 4 化肥工业的主要产品是氮肥、磷肥和钾肥。氮肥涉及到氨的化学加工；磷肥涉及磷矿石的酸解过程和热法加工过程；钾肥涉及钾矿的酸解、碱解与复分解过程。 无机盐工业产品繁多，大多无机盐产品都涉及到矿物的化学加工，如硼矿、钡矿、钾矿、硅石、萤石、锰矿、铬矿、钼矿、钛矿、锌矿、铝土矿、锶矿等的化学加工。 无机化工反应单元工艺 5 无机化工反应的单元工艺中有一些单元工艺，如氧化、加氢、脱氢、电解等，已在通用反应单元工艺中阐述。本章主要介绍与无机化工各类产品均有密切关系的化学矿物固相加工单元工艺。 化学矿物的固相化学加工单元工艺有三种类型。一是“湿法”化学加工，即用酸、碱对矿物进行化学浸取，使其从不溶性物质转化为可溶性物质。二是“热法”化学加工，即采用煅烧、焙烧或烧结的方法对固相原料进行化学加工。三是采用复分解或置换反应工艺，使固相原料发生化学转化。 无机化工反应单元工艺 6 无机化工中化学矿物的固相加工生产化工产品的生产流程一般包括以下过程： （1）原料准备：化学矿物首先应加以破碎、磨细与筛分处理，必要时还要对矿物作精选处理，选矿的方法有手选、磁选和浮选等方法。 （2）化学矿的热处理：采用焙烧、煅烧和烧结工艺对矿物进行热法化学加工。 无机化工反应单元工艺 7 （3）化学矿的浸取：用合适的 溶剂对矿物进行浸取，使有效组分从固相转移到溶液中来，浸取过程可以是物理浸取或化学浸取。 （4）过滤：浸取过程中有效组分进入溶液，而其余物质仍留在固相中，需进行过滤将它们分离。常用的过滤设备有压力式过滤、真空式过滤和离心式过滤。 无机化工反应单元工艺 8 （5）溶液的精制：滤液中还可能残留溶解性杂质，需进行精制和提纯，精制的方法有蒸馏、吸附、液－液萃取、离子交换、膜分离、沉淀和结晶等单元过程。 （6）蒸发：用水蒸气加热物料，采用2~3效真空蒸发装置，使溶剂汽化，提高溶液的浓度。 无机化工反应单元工艺 9 （7）结晶：溶液在蒸发或结晶的过程中，使产品从溶液中结晶出来。对工业结晶产品的要求是颗粒粗大、均匀。为此要控制好溶液的过饱和度、搅拌速率和冷却速率。结晶过程在冷却式结晶器、蒸发式结晶器、真空式结晶器或塔式结晶器中进行。 (8)干燥:为防止湿物料的结块或有效组分的分解，需用热空气或烟道气为加热介质对产品进行干燥。 无机化工反应单元工艺 10 4.1 焙烧、煅烧与烧结 焙烧与煅烧是两种常用的化工单元工艺。 焙烧是将矿石、精矿在空气、氯气、氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳等气流中不加或配加一定的物料，加热至低于炉料的熔点，发生氧化、还原或其他化学变化的单元过程，常用于无机盐工业的原料处理中，其目的是改变物料的化学组成和物理性质，便于下一步处理或制取原料气。 煅烧是在低于熔点的适当温度下，加热物料，使其分解，并除去所含结晶水、二氧化碳或三氧化硫等挥发性物质的过程。 两者的共同特点是都在低于炉料熔点的高温下进行，不同点是前者是原料与空气、氯气等气体以及添加剂发生化学反应，后者是物料发生分解反应，失去结晶水或挥发组分。 返回 11 烧结也是一种化工单元工艺。烧结与焙烧不 同，焙烧在低于固相炉料的熔点下进行反应，而 烧结需在高于炉内物料熔点下进行反应。烧结也 与煅烧不同，煅烧是固相物料在高温下的分解过 程，而烧结是物料配加还原剂、助熔剂的化学转 化过程。烧结、焙烧、煅烧虽